Геолого-технологические исследования в нефтегазовых скважинах

министерство образования и науки 
российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Южный федеральный университет»

Геолого-географический факультет

В. В. ПоПоВ, Э. С. СианиСян

ГЕоЛоГо-ТЕХноЛоГиЧЕСКиЕ  
иССЛЕДоВания  
В нЕФТЕГаЗоВЫХ СКВаЖинаХ

Допущено Учебно-методическим объединением вузов  
Российской Федерации по нефтегазовому образованию в качестве  
учебного  пособия для студентов высших учебных заведений,  
обучающихся по направлению подготовки магистров 131000  
«Нефтегазовое дело», по представлению Ученого совета  
ФГОУ ВПО «Южный Федеральный университет»

ростов-на-дону
издательство Южного федерального университета
2011

удк 550.832.9 (.92)
ббк  33.133 
П 58

Печатается по решению редакционно-издательского совета 
Южного федерального университета

Рецензенты:

проф. каф. промысловой геологии нефти и газа Российского государственного университета нефти и газа им. И. М. Губкина, д-р геол.-мин. наук, 
заслуженный геолог РФ, лауреат премии Правительства РФ в области 
науки и техники В. П. Филиппов;

проф., зав. каф. бурения нефтегазовых скважин и геофизики ЮжноРоссийского государственного технического университета,  
д-р тех. наук А. Я. Третьяк

Учебное пособие подготовлено и издано в рамках национального проекта  
«Образование» по «Программе развития федерального государственного  
образовательного учреждения высшего профессионального образования  
“Южный федеральный университет” на 2007–2010 гг.»

Попов В. В., Сианисян Э. С. 

П 58  
Геолого-технологические исследования в нефтегазовых скважинах: 
учебное пособие. – ростов н/д: изд-во ЮФу, 2011. – 344 с.
 
ISBN 978-5-9275-0811-2
Пособие посвящено одному из новых быстроразвивающихся направлений геофизических исследований скважин в процессе бурения. Геологотехнологические исследования (Гти) включают измерения технологических 
параметров процесса бурения: скорость проходки, нагрузку на забой, скорость вращения ротора, давление в манифольде, параметры промывочной 
жидкости, а также экспрессные анализы керна пород и шлама. особое место 
занимает изучение газоносности разреза скважины. Гти позволяют оперативно решать задачи по контролю и оптимизации процесса бурения, прогнозу предаварийных ситуаций, предупреждать непроизвольные выбросы газа, 
строить литологический разрез, выявлять пласты-коллекторы и оценивать 
их промышленную значимость.
Пособие предназначено для студентов и преподавателей геофизической, 
геологической и буровой специальностей, связанных с поиском, разведкой и 
эксплуатацией месторождений нефти и газа. 
 
УДК 550.832.9 (.92)
ISBN 978-5-9275-0811-2 
ББК 33.133 
©  Попов в. в., саинисян Э. с., 2011
©  издательство Южного федерального 
университета, 2011
©  оформление. макет. издательство 
Южного федерального университета, 2011

Авторы выражают сердечную благодарность 
Председателю правления НП «Газовые предприятия Дона» 
госпоже Гавриной Анне Леонидовне за помощь в издании 
этого учебного пособия

ВВЕДЕниЕ

идея максимального использования информации для решения геологических и технологических задач в процессе проходки 
скважины, особенно глубоких, воплощена в одном из направлений 
геофизических исследований и работ в скважинах под названием 
геолого-технологических исследований (далее Гти). традиционные 
геологические методы, основанные на визуальной документации и 
непосредственном контакте человека с геологическим объектом, 
себя исчерпали и требовались новые подходы и методы. роль Гти 
определяется возможностью оперативного, в процессе проходки 
скважины, получения геологической и технологичской информации, выявления и оценки газоносности, оптимизации процесса бурения и прогнозирования предаварийных ситуаций.
Геолого- технологические исследования объединили механический каротаж, регистрацию технологических параметров бурения, 
экспрессные геологические исследования кернов и шлама, а также 
газовый каротаж. Геолого- технологические исследования входят в 
обязательный стандартный комплекс геофизических исследований 
глубоких нефтяных и газовых скважин.
Первые упоминания о возможности получения геологической 
информации в процессе бурения скважин были опубликованы 
с. р. зубером в 1919 г. в связи с применением «быстро-бурящих систем» в бакинском районе.
в 1933–1936 гг. П. и. Левицкий и др. применили метод из мерения 
продолжительности бурения с целью изучения геологических разрезов, а в 1938 г. в. н. дахнов предложил автоматический прибор 
и разрабо тал методику регистрации продолжительности проходки 
при буре нии. в эти же годы быстро развивались методы экспрессных анализов керна и шлама (Г. а. могилевский, к. П. кози н, 
н. а. Шлезингер и др.). 
начало работам по газовому каротажу было положено в мос- 
ковском нефтяном институте в. а. соколовым в 1930–1933 гг., 
а первые опыты на скважине были проведены в баку в 1932–
1933 гг. 
в 1941–1942 гг. в. а. соколов и Ю. м. Юровский организовали проведение систематических массовых определений газосодержания глинистого раствора по ряду сква жин в башки рии, куйбышевской и оренбургской областях. Газовый каротаж в сШа 
применяет ся с 1938 г. (и. Хайвард), а в промышленных масштабах 
с 1939 г. 

Введение

в 1949–1959 гг. были разработаны полуавтоматические газокаротажные станции ПГкс-1, ПГкс-2, Гкс-3 (Ю. м. Юровский, 
Л. а. алкин и др.), а позже – автоматические газокаротажные станции аГкс-55/59, оснащенные хроматографами и термовакуумными дегазаторами. 
с начала 1960-х гг., газовый каротаж применяется для изучения 
газоносности пород на каменноугольных месторождениях. Газ рассматривался как опасный фактор, обусловливающий взрывы газовоздушной смеси и выбросы в горных выработках. был предложен 
ряд методик, включающих газовый каротаж, в частности комплексная методика мГри (Г. д. Лидин, а. и. кравцов, Г. к. карасев и 
др.).
в 1966–1971 гг. выпускались газокаротажные станции аГкс65, разработанные во внииГеофизике (Л. и. Померанц и др.), которые позволяли вести регистрацию в автоматическом режиме в 
масштабе глубин расширенный комплекс параметров: суммарные 
газопоказания, время проходки 1 м скважины, коэффициент разбавления и расход промывочной жидкости на выходе. с 1972 г. 
стали выпускаться газокаротажные станции аГкс-4ац (Л. и. Померанц, Г. и. Эпштейн и др.), позволяющие вести регистрацию расширенного комплекса параметров в аналоговой и цифровой форме, 
с хроматографом высокой чувствительности и производительности 
ХГ11 и более совершенным набором приборов. 
в 1967 г. под руководством Э. е. Лукьянова на базе газокаротажной станции аГкс-55/59 создана первая станция Гти, на которой 
был установлен газожидкостной хроматограф, работающий в изотермическом режиме и позволяющий зa цикл 2–3 мин определить 
н2 и с1–с6 с изомерами, суммарным газоанализатором, датчиками 
расхода, давления, плотности, уровня и мине рализации бурового 
раствора, скорости бурения и веса инструмента. 
в 1969 г. была изготовлена первая станция контроля параметров бурения «обь» коллективом опытно-методической партии 
(омП-4). Геологические исследова ния включали люминесцентнобитуминологический анализ и описание пород. в 1971 г. была разработана (Э. е. Лукьянов, Л. я. цыглеев, а. с. Шульга, т. Ф. сибагатуллин, Ф. Ф. сибагатуллин) более совершенная станция асПб 
(автоматическая станция параметров бурения).
в 1968–1971 гг. прошли испытания детальный механический 
каротаж (дмк), каротаж по давлению (кд), фильтрационный ка

Геолого-технологические исследования в нефтегазовых скважинах (ГТИ)

ротаж (Фк), позволяющие получить дополнительную геологическую информацию. тогда же начали использовать механический 
каротаж для регистрации режимов бурения и определения интервалов проходки угленосных залежей и оценки их толщины. Позже, в 
1985 г. были разработаны сигнализаторы встречи угольных пластов 
(Ю. и. Гайдуков).
в 1972 г. впервые была создана служба контроля параметров процесса бурения, совмещенная с газокаротажными иссле дованиями 
(н. а. савостьянов, в. н. дахнов, б. Ю. вендельштейн, а. а. Myхеp, 
и. Г. Жувагин и др.), в задачи которой входила оптимизация режимов бурения и рациональной отработки долот.
в 1978 г. была разработана и выпущена малая серия полевых 
геологических лабораторий ПГЛ-1 (и. и. катков, в. в. Попов) для 
экспрессных исследований физико-механических свойств пород по 
керну углеразведочных скважин. с помощью лаборатории ПГЛ-1 
изучались изменения физических свойств пород во времени после подъема образцов на поверхность. в 1984 г. была разработана 
полевая лаборатория сПЛ-2 «комплекс» (Ф. Ф. михайличенко, 
в. с. Горбенко и др.) предназначенная для определения комплекса 
параметров физико-механических пород на угольных месторождениях.
в 1975 г. было принято решение о прекращении выпуска газокаротажных станций и заменой их станциями Гти. в 1995 г. начала выпускаться компьютеризированная станция сГт-к «Pазрез-2» 
(Э. е. Лукьянов, н. в. беляков, т. н. нecтepoвa и др.), и ее более 
простой вариант станции имс-96 (Л. м. Чекалин, с. н. Шерстнев, 
с. в. кожевников и др.), станции сириус-2000, станции фирмы 
«амт» (Л. Г. Шраго, Э. Г. карапетян, в. и. дмитриев и др.) и станции сопровождения забойных телесистем «Гeoтек». 
в 1999 г. комплексы Гти как обязательные введены в «Правила 
геофизических исследований и работ в нефтяных и газовых скважинах», утвержден стандарт «компьютеризированные станции геолого-технологических исследований» (Э. е. Лукьянов. П. Г. козырянский. с. н. Шерстнев др.), а в 2001 г. утверждена «техническая 
ин струкция по проведению геолого-технологических исследований 
нефтяных и raзовыx cкважин» – рд 153-39.0-0699-01 (Э. е. Лукьянов, в. Ф. антропов, П. П. муравьев, с. в. кожевников, н. в. акимов, т. н. нестерова). в 2004 г. выходит «инструкция по подсчету 

Введение

запасов нефти и газа», куда впервые введен раздел по использованию данных Гти при подсчете запасов (Э. е. Лукьянов).
в разработке каротажно-технологической станции с цифровыми 
регистрато рами «сибирь», которая совмещает каротажную станцию со станцией Гти, принимали участие в. в. Лаптев, м. б. Лернер, б. Л. Лернер, в. Г. Горожанкин и др. Применение каротажнотехнологических станций особенно эффективно при сложных 
дорожных условиях, на морских платформах и удаленных поисковых скважинах, что позволяет повысить производительность, 
при высоком качестве геофизических исследований и технико-экономических показателей буровых работ. 
в 1980-е гг. газовые залежи в угольных месторождениях стали 
рассматривать не только как опасный, мешающий эксплуатации 
фактор, но и как сопутствующее полезное ископаемое (газоугольные 
месторождения). Это сближает технологии поисково-разведочных 
работ на каменноугольных и газовых месторождениях, а значит, и 
применения технологий Гти. 
Геолого-технологические исследования, выполняемые в процессе 
бурения, заняли важное место в комплексе геолого-геофизических 
исследований в нефтяных, газовых и газоугольных скважинах. научные, технические, методические возможности методов Гти не 
исчерпаны и продолжают развиваться. Появляются новые цели и 
задачи, разрабатываются новые модификации аппаратуры и методы ее применения.
настоящее пособие составлено по публикациям, преимущественно из научно-технического сборника «каротажник» (список 
использованной литературы прилагается) и с учетом личного опыта 
авторов.
Пособие адресовано студентам и преподавателям вузов по специальностям «Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых», «Геофизические исследования 
и работы в скважинах», «бурение нефтяных и газовых скважин», 
«Прикладная геология». 

1. ЦЕЛЬ, ЗаДаЧи и КоМПЛЕКСЫ МЕТоДоВ 
ГЕоЛоГо-ТЕХноЛоГиЧЕСКиХ  
иССЛЕДоВаниЙ (ГТи) 

Геолого-технологические исследования (Гти) тесно связаны с 
процессом бурения скважин, с поставленной геологической целью 
перед бурением скважины, с техникой, технологией и организацией бурового процесса. 
цель геолого-технологических исследований – получение информации в процессе проходки глубоких скважин для оперативного решения геологических, технологических, научно-исследо- 
вательских, экономических и информационных задач.
современные технологии предусматривают проведение в обязательном порядке Гти в опорных, параметрических, структурных, 
поисковых, оценочных, разведочных и частично в эксплуатационных скважинах на нефтяных и газовых месторождениях, а также 
выборочно в скважинах на газоугольных месторождениях. 

1.1. ЗаДаЧи ГЕоЛоГо-ТЕХноЛоГиЧЕСКиХ 
иССЛЕДоВаниЙ

Геологические задачи:
–  оптимизация получения геолого-геофизической информации; 
–  выбор и корректировка интервалов отбора керна, шлама, образцов грунтов;
–  проведение изменяемой части детальных геофизических исследований и работ в скважинах (Гирс);
–  оперативное литолого-стратиграфическое расчленение разреза;
–  оперативное выделение пластов-коллекторов;
–  определение характера насыщения пластов-коллекторов;
–  оценка 
фильтрационно-емкостных 
свойств 
(Фес) 
пластовколлекторов;
–  контроль процесса испытания и определение гидродинамических и техно логических характеристик пластов при испытании и 
опробовании объектов;
–  выявление реперных горизонтов.

1. Цель, задачи и комплексы методов геолого-технологических исследований

Дополнительные геологические задачи:
–  литологическое расчленение разреза с количественным определением минеральных составляющих пород;
–  стратиграфическое расчленение разреза по комплексу геологических исследований с применением палеонтологического анализа керна и шлама;
–  определения фациальной приуроченности пород.
на газоугольных месторождениях к перечисленным задачам 
дополнительно прибавляются:
–  оперативное определение момента встречи буровым инструментом угольных пластов;
–  вычисление газоемкости угольных пластов и вмещающих пород;
–  измерение энергоемкости бурения пород;
–  экспрессные анализы пород на физико-механические свойства пород: предел прочности пород на одноосное сжатие и растяжение, 
упругих и реологических свойств, влажности; 
–  петрофизические исследования: удельное электрическое сопротивление, естественная радиоактивность, скорость продольных и 
поперечных упругих волн, плотность.
Технологические задачи:
–  раннее обнаружение газонефтеводопроявлений и поглощений в 
процессе бурения и при спуско-подъемных опе рациях;
–  оптимизация процесса углубления скважины в зависимости от 
геологиче ских задач;
–  определение продолжительности технологических операций;
–  выбор и поддержание рационального режима бурения с контролем отра ботки долот;
–  оптимизация спуско-подъемных операций (ограничение скорости спуска, оптимизация работы грузоподъемных механизмов), 
управление доливом;
–  определение гидродинамических давлений в скважине;
–  определение пластовых и поровых давлений, прогнозирование 
зон аномально высоких пластовых (авПд) и поровых давлений (авПод);
–  контроль спуска и цементирования обсадной колонны;
–  диагностика предаварийных ситуаций в реальном масштабе времени;

Геолого-технологические исследования в нефтегазовых скважинах (ГТИ)

–  диагностика работы бурового оборудования.
Планово-экономические задачи:
–  определение технико-экономических показателей бурения;
–  определение времени выполнения отдельных операций и общего 
баланса времени вахты, буровой бригады (буровой ус тановки);
–  подготовка и передача на верхний уровень управления сводных 
форм опе ративной отчетности за вахту, рейс, сутки и по скважине в целом.
Научно-исследовательские (экспериментальные) задачи:
–  проведение экспериментов с целью построения и уточнения моделей отдельных технологических процессов и свойств горных 
пород;
–  испытание новых технико-методических средств и тех нологий;
–  исследования изменений физико-механических свойств пород во 
времени;
–  разработка методов прогнозирования газообильности и выбросоопасности угольных пластов и вмещающих пород.
Информационные задачи:
–  передача геолого-технологической информации по каналам 
связи;
–  сбор, обработка и накопление геолого-технологической информации в виде базы данных для ее дальнейшего использования.
служба Гти ре гистрирует технологические операции, их продолжительность и отклонения от проекта, геолого-технологического 
наряда и режимно-технологической карты, контроль освоения скважины и хода испытаний объектов, а также выдачу оценки качества 
законченной строительством скважины.

1.2. КЛаССиФиКаЦия ГЛУБоКиХ СКВаЖин

Геолого-технологические исследования выполняются в глубоких 
скважинах на нефтяных, газовых и газоугольных месторождениях. 
Глубокие скважины, согласно инструкции рд 153-39.0-072-01, по 
своему назначению делятся на опорные, параметрические, структурные, поисковые, оценочные, разведочные, эксплуатационные и 
специальные (табл. 1).